Une solution à l'intermittence de l'énergie solaire

La combustion du gaz naturel émet environ deux fois moins de dioxyde de carbone que la combustion du charbon, mais elle produit toujours de grandes quantités de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Un nouveau dispositif en cours de développement au Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) pourrait réduire ces émissions de 20 % en utilisant la chaleur du soleil pour convertir le gaz naturel en un carburant alternatif appelé gaz de synthèse, un carburant à faible teneur en carbone.

Carburant solaire : Une parabole concentre la lumière du soleil dans un prototype d'appareil qui pourrait être utilisé pour valoriser le gaz naturel.

Le procédé évite le problème d'intermittence des panneaux solaires, dont le rendement dépend de la météo et de l'heure de la journée. Le carburant produit par le nouvel appareil peut être stocké et utilisé chaque fois qu'il est nécessaire pour générer un approvisionnement constant en électricité.

L'objectif des chercheurs est d'utiliser l'appareil pour produire de l'électricité à six cents par kilowattheure d'électricité, ce qui est compétitif avec les combustibles fossiles.

L'appareil utilise une parabole pour concentrer la lumière du soleil, produisant de la chaleur. Cette chaleur fournit l'énergie nécessaire pour transformer le méthane en gaz de synthèse, qui est un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène. L'eau est chauffée pour produire de la vapeur, qui est ensuite utilisée dans un processus appelé reformage à la vapeur, qui est utilisé dans le raffinage du pétrole et d'autres processus industriels. Lors du reformage à la vapeur, la vapeur réagit avec le méthane, le principal composant du gaz naturel, pour former du gaz de synthèse.

Le gaz de synthèse peut être brûlé dans des centrales électriques au gaz naturel pour produire de l'électricité. Le gaz de synthèse peut également être traité pour fabriquer des carburants liquides tels que le diesel. Il est plus facile de convertir le gaz de synthèse en carburant liquide que de convertir le méthane. Cela pourrait être utile pour réduire les importations de pétrole, mais les avantages des émissions de carbone ne sont pas clairs. Les chercheurs n'ont pas encore déterminé si la technologie réduira les émissions de carbone par rapport au pétrole, en partie parce que le dioxyde de carbone est émis pendant le processus de conversion du gaz de synthèse en carburant liquide.

Bien qu'il n'élimine pas complètement les émissions de dioxyde de carbone, il est plus pratique que certaines autres approches d'utilisation de l'énergie solaire pour générer des carburants, dit James Miller , le responsable du programme Sunshine to Petrol au Sandia National Laboratory, qui n'est pas impliqué dans les travaux du PNNL. Le reformage à la vapeur est un processus établi qui ne nécessite aucune percée dans les catalyseurs ou les matériaux. La technologie [Le PNNL] est attrayante car c'est quelque chose qui pourrait potentiellement être fait à court terme pour aller de l'avant dans la réduction des émissions de carbone, dit-il.

En revanche, Miller développe une technologie qui convertirait le dioxyde de carbone et l'eau en carburant diesel, ce qui nécessite beaucoup plus d'énergie et de nouveaux matériaux, et prendra plus de temps à développer (voir Transformer le dioxyde de carbone en carburant et Démontrer un recycleur de CO2).

Une alternative à la nouvelle technologie consiste à utiliser la vapeur de la lumière solaire concentrée pour produire directement de l'électricité via des turbines à vapeur. Dans un tel système, la chaleur peut être stockée en chauffant des sels fondus, qui peuvent être utilisés pour générer de la vapeur après le coucher du soleil (voir Énergie solaire bon marché la nuit ). Un avantage potentiel de la nouvelle approche est que le gaz de synthèse pourrait être utilisé pour produire de l'électricité ou des combustibles liquides, selon ce qui s'avère être plus économique, dit Robert Weeng , qui dirige les travaux au PNNL.

Le processus est plus efficace que la production d'électricité à partir de panneaux solaires. Le premier prototype stocke 63 pour cent de l'énergie de la lumière du soleil qui le frappe sous forme d'énergie chimique. Brûler le carburant dans une centrale électrique gaspillera environ la moitié de cette énergie sous forme de chaleur, ramenant l'efficacité globale à environ 30 pour cent, mais c'est toujours le double de l'efficacité des panneaux solaires typiques. Le stockage de l'énergie solaire sous forme de liaisons chimiques dans le gaz de synthèse pourrait s'avérer moins cher que le stockage de cette énergie dans des batteries, du moins dans un avenir proche.

Pourtant, le système dans sa forme actuelle est encore susceptible d'être trop cher pour concurrencer les combustibles fossiles. Pour réduire les coûts, les chercheurs s'efforcent d'améliorer encore l'efficacité, ce qui augmenterait la quantité de carburant que chaque appareil pourrait produire, donc moins serait nécessaire. Ils commencent par augmenter la température à laquelle il fonctionne, ce qui nécessite d'améliorer les matériaux qui composent l'appareil. Les chercheurs travaillent également à améliorer les performances d'un système qui préchauffe le carburant entrant, un système d'échange de chaleur qui fait circuler le méthane à travers des canaux microscopiques.

Des améliorations sont également apportées au système de concentration du soleil, dans le but de le rendre moins cher à fabriquer. Cela est fait par une entreprise dérivée appelée Solar Thermochemical. Il développe à la fois des paraboles, comme celles utilisées dans le premier prototype, ainsi que de grands champs de miroirs qui concentrent la lumière sur une tour centrale, comme les centrales solaires thermiques en construction à Ivanpah par BrightSource Energy (voir BrightSource pousse de l'avant sur un autre Centrale Thermique).

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